Perangkat dan prinsip pengoperasian sensor oksigen

Sensor oksigen - perangkat yang dirancang untuk mencatat jumlah oksigen yang tersisa dalam gas buang mesin mobil. Itu terletak di sistem pembuangan dekat katalis. Berdasarkan data yang diterima oleh generator oksigen, unit kontrol mesin elektronik (ECU) mengoreksi perhitungan proporsi optimal campuran udara-bahan bakar. Rasio udara berlebih dalam komposisinya ditunjukkan dalam industri otomotif dengan huruf Yunani lambda (λ), yang karenanya sensor menerima nama kedua - probe lambda.

Faktor udara berlebih λ

Sebelum membongkar desain sensor oksigen dan prinsip operasinya, perlu ditentukan parameter penting seperti rasio udara berlebih dari campuran bahan bakar-udara: apa itu, apa pengaruhnya dan mengapa diukur dengan sensor.

Dalam teori operasi ICE dikenal konsep rasio stoikiometri - ini adalah proporsi ideal udara dan bahan bakar, di mana pembakaran sempurna bahan bakar terjadi di ruang bakar silinder mesin. Ini adalah parameter yang sangat penting, yang menjadi dasar penghitungan pengiriman bahan bakar dan mode pengoperasian mesin. Ini sama dengan 14,7 kg udara dengan 1 kg bahan bakar (14,7: 1). Tentu saja, campuran udara-bahan bakar dalam jumlah seperti itu tidak masuk ke dalam silinder pada saat yang bersamaan, itu hanyalah proporsi yang dihitung ulang untuk kondisi nyata.

Rasio udara berlebih (λ) Adalah rasio jumlah aktual udara yang memasuki mesin dengan jumlah yang secara teoritis diperlukan (stoikiometri) untuk pembakaran sempurna bahan bakar. Secara sederhana, ini adalah "berapa banyak (lebih sedikit) udara yang masuk ke dalam silinder daripada yang seharusnya".

Bergantung pada nilai λ, ada tiga jenis campuran udara-bahan bakar:

• λ = 1 - campuran stoikiometri;
• λ <1 - campuran "kaya" (ekskresi - larut; defisiensi - udara);
• λ> 1 - campuran "ramping" (kelebihan - udara; kekurangan - bahan bakar).

Mesin modern dapat berjalan pada ketiga jenis campuran, tergantung pada tugas yang sedang dijalankan (penghematan bahan bakar, akselerasi intensif, pengurangan konsentrasi zat berbahaya dalam gas buang). Dari sudut pandang nilai tenaga mesin yang optimal, koefisien lambda harus memiliki nilai sekitar 0,9 (campuran "kaya"), konsumsi bahan bakar minimum akan sesuai dengan campuran stoikiometri (λ = 1). Hasil terbaik untuk pembersihan gas buang juga akan diamati pada λ = 1, karena operasi konverter katalitik yang efisien terjadi dengan komposisi stoikiometri dari campuran udara-bahan bakar.

Tujuan sensor oksigen

Dua sensor oksigen digunakan sebagai standar di mobil modern (untuk mesin in-line). Satu di depan katalis (probe lambda atas), dan yang kedua setelahnya (probe lambda bawah). Tidak ada perbedaan dalam desain sensor atas dan bawah, keduanya mungkin sama, tetapi fungsinya berbeda.

Sensor oksigen atas atau depan mendeteksi oksigen yang tersisa di gas buang. Berdasarkan sinyal dari sensor ini, unit kontrol mesin “memahami” jenis campuran udara-bahan bakar yang dijalankan mesin (stoikiometri, kaya atau ramping). Bergantung pada pembacaan oksigenator dan mode operasi yang diperlukan, ECU menyesuaikan jumlah bahan bakar yang disuplai ke silinder. Biasanya, pengiriman bahan bakar disesuaikan dengan campuran stoikiometri. Perlu diperhatikan bahwa saat mesin melakukan pemanasan, sinyal dari sensor akan diabaikan oleh ECU mesin hingga mencapai suhu pengoperasian. Probe lambda bawah atau belakang digunakan untuk lebih menyesuaikan komposisi campuran dan memantau kemudahan servis konverter katalitik.

Desain dan prinsip pengoperasian sensor oksigen

Ada beberapa jenis probe lambda yang digunakan pada mobil modern. Mari kita pertimbangkan desain dan prinsip operasi yang paling populer di antaranya - sensor oksigen berdasarkan zirkonium dioksida (ZrO2). Sensor terdiri dari elemen utama berikut:

• Elektroda luar - membuat kontak dengan gas buang.
• Elektroda internal - bersentuhan dengan atmosfer.
• Elemen pemanas - digunakan untuk memanaskan sensor oksigen dan membawanya ke suhu pengoperasian lebih cepat (sekitar 300 ° C).
• Elektrolit padat - terletak di antara dua elektroda (zirkonia).
• Perumahan.
• Tip guard - memiliki lubang khusus (perforasi) untuk masuknya gas buang.

Elektroda luar dan dalam dilapisi platina. Prinsip pengoperasian probe lambda tersebut didasarkan pada terjadinya perbedaan potensial antara lapisan platina (elektroda) yang sensitif terhadap oksigen. Itu terjadi ketika elektrolit dipanaskan, ketika ion oksigen bergerak melewatinya dari udara atmosfer dan gas buang. Tegangan pada elektroda sensor bergantung pada konsentrasi oksigen dalam gas buang. Semakin tinggi nilainya, semakin rendah voltase. Rentang tegangan sinyal sensor oksigen adalah 100 hingga 900 mV. Sinyal memiliki bentuk sinusoidal, di mana tiga wilayah dibedakan: dari 100 hingga 450 mV - campuran ramping, dari 450 hingga 900 mV - campuran kaya, 450 mV sesuai dengan komposisi stoikiometri dari campuran udara-bahan bakar.

Sumber daya Oxygenator dan kerusakannya

Probe lambda adalah salah satu sensor yang paling cepat aus. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ia terus-menerus bersentuhan dengan gas buang dan sumber dayanya secara langsung bergantung pada kualitas bahan bakar dan kemudahan servis mesin. Misalnya, tangki oksigen zirkonium memiliki sumber daya sekitar 70-130 ribu kilometer.

Karena pengoperasian kedua sensor oksigen (atas dan bawah) dipantau oleh sistem diagnostik on-board OBD-II, jika ada yang gagal, kesalahan yang sesuai akan terekam, dan lampu indikator "Periksa Mesin" pada panel instrumen akan menyala. Dalam kasus ini, Anda dapat mendiagnosis kerusakan menggunakan pemindai diagnostik khusus. Dari pilihan anggaran, Anda harus memperhatikan Scan Tool Pro Black Edition.

Pemindai buatan Korea ini berbeda dari analog dalam kualitas rakitannya yang tinggi dan kemampuan untuk mendiagnosis semua komponen dan rakitan mobil, dan bukan hanya mesinnya. Ia juga mampu melacak pembacaan semua sensor (termasuk oksigen) secara real time. Pemindai ini kompatibel dengan semua program diagnostik populer dan, dengan mengetahui nilai tegangan yang diizinkan, Anda dapat menilai kesehatan sensor.

Ketika sensor oksigen bekerja dengan baik, karakteristik sinyal adalah sinusoid biasa, yang menunjukkan frekuensi switching minimal 8 kali dalam 10 detik. Jika sensor rusak, maka bentuk sinyal akan berbeda dari referensi, atau responsnya terhadap perubahan komposisi campuran akan melambat secara signifikan.

Kerusakan utama sensor oksigen:

• keausan selama operasi (sensor "penuaan");
• sirkuit terbuka dari elemen pemanas;
• polusi.

Semua jenis masalah ini dapat dipicu oleh penggunaan bahan bakar berkualitas rendah, panas berlebih, penambahan berbagai aditif, masuknya minyak dan bahan pembersih ke dalam area operasi sensor.

Tanda-tanda kerusakan oksigenator:

• Indikasi lampu peringatan kerusakan di dasbor.
• Kehilangan kekuatan.
• Respon yang buruk terhadap pedal gas.
• Mesin tidak bekerja secara kasar.

Jenis probe lambda

Selain zirkonia, sensor titanium dan oksigen broadband juga digunakan.

• Titanium. Jenis oksigenator ini memiliki elemen sensitif titanium dioksida. Suhu pengoperasian sensor semacam itu dimulai dari 700 ° C. Probe titanium lambda tidak memerlukan udara atmosfir, karena prinsip operasinya didasarkan pada perubahan tegangan keluaran, tergantung pada konsentrasi oksigen di knalpot.
• Probe lambda broadband adalah model yang ditingkatkan. Ini terdiri dari sensor siklon dan elemen pemompaan. Yang pertama mengukur konsentrasi oksigen dalam gas buang, mencatat tegangan yang disebabkan oleh perbedaan potensial. Selanjutnya, pembacaan dibandingkan dengan nilai referensi (450 mV), dan, jika terjadi penyimpangan, arus diterapkan, memicu injeksi ion oksigen dari knalpot. Ini terjadi sampai tegangan menjadi sama dengan yang diberikan.

Probe lambda adalah elemen yang sangat penting dari sistem manajemen mesin, dan kerusakannya dapat menyebabkan kesulitan dalam mengemudi dan menyebabkan peningkatan keausan pada bagian mesin lainnya. Dan karena tidak bisa diperbaiki, harus segera diganti dengan yang baru.